疊放螺母定位研究

朱娜瑩　金惠蘭

摘要工業(yè)生產(chǎn)中利用機(jī)器代替人工進(jìn)行上下物料，需要對物料進(jìn)行定位。本文首先利用MATLAB軟件處理深度圖數(shù)據(jù)將螺母與背景相互分割，其次，對分割后圖像進(jìn)行分層處理，最后，利用螺母定位模型逐層求得螺母數(shù)與坐標(biāo)。

關(guān)鍵詞Roberts算法分層處理螺母定位

中圖分類號：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0引言

機(jī)器人視覺系統(tǒng)是根據(jù)拍攝到的圖像信息進(jìn)行對螺母的位置確定。模型具體步驟如下：

1深度圖像二值化

根據(jù)材料所給深度圖數(shù)據(jù)與深度圖對背景與目標(biāo)物體進(jìn)行分割。具體步驟：（1）利用深度圖中顏色與高度的換算關(guān)系，運(yùn)用MATLAB軟件處理題目所給深度圖數(shù)據(jù)，結(jié)合所給的深度圖信息將背景層與螺母分割，得到螺母圖像。（2）為了進(jìn)一步得到圖像上螺母的信息，需要將圖片二值化處理。即讓圖片上的像素點(diǎn)各值只為0或255，讓整張圖只顯示出黑白兩種顏色。圖像的二值化處理可使用MATLAB自帶的im2bw函數(shù)，該函數(shù)具有通過設(shè)定亮度閾值將圖像轉(zhuǎn)化為二值圖像的功能。函數(shù)調(diào)用格式如下：

c=im2bw(k1，200/255)

2圖像邊緣檢測

根據(jù)二值化形態(tài)學(xué)運(yùn)算將含有目標(biāo)物體信息的區(qū)域從圖像中提取出來。此處用Roberts算法處理邊緣檢測。因?yàn)榻?jīng)過Roberts 算子處理過得圖像的邊緣曲線不是很平滑，因此，使用Roberts 算子檢測出來的邊緣曲線需要做進(jìn)一步細(xì)化處理，細(xì)化處理的計(jì)算公式如下：

其中是輸入圖像，是輸出圖像。數(shù)字圖像中Roberts算子的卷積模板如表1所示

表1：Roberts 算子的卷積模板

3最小二乘法擬合圓

機(jī)器人定位模型最終的目的是定位目標(biāo)物體，而定位的方法就是對處理后圖像進(jìn)行圓的擬合，以求得圓的半徑和圓心，最后憑此來確定圓的位置。此處用最小二乘法進(jìn)行平面圓的擬合。

假設(shè)理想圓心坐標(biāo)為(x0,y0)，圓半徑為R，測點(diǎn)直角坐標(biāo)為(Xi,Yi)

（1）

令

圓心坐標(biāo)為

（2）

把帶入可得圓的半徑

（3）

由式（2）、（3）可以得到螺母圓心和半徑。

4具體操作

（1）根據(jù)已獲得的深度圖數(shù)據(jù)利用MATLAB軟件還原數(shù)據(jù)圖像：

（2）分割出螺母信息圖：

從上圖可見由于疊放狀態(tài)下，螺母之間的相互遮擋，導(dǎo)致螺母信息無法準(zhǔn)確識別，因此，需要分層處理深度數(shù)據(jù)，先將位于不同高度的螺母圖像利用深度數(shù)據(jù)的不同分離出2層不同的圖層，上層螺母的深度取值范圍是29mm-35mm，下層螺母的深度取值范圍是37.5mm以上時最大限度的保留本層信息。然后，逐步定位上下層的螺母。

（3）對第一層螺母的定位：

首先，利用MATLAB軟件分割第一層螺母信息，其次，進(jìn)行二值化、邊緣化、最小二乘法擬合圓。可得到一層螺母共6個，中心坐標(biāo)：（46.67，-13.30），（19.25，-8.45），（32.41，-3.64），（18.22，4.51），（30.53，10.66），（44.61，10.32）。單位：mm.

對第二層螺母進(jìn)行同樣的操作可得到第二層螺母定位信息。螺母個數(shù)為1，中心坐標(biāo)為（39.20，-4.82）。

5結(jié)論

利用分層處理的方法可以定位疊放螺母的位置，但在定位過程中發(fā)現(xiàn)傾斜螺母信息無法準(zhǔn)確讀取。另外，還可能發(fā)生由于拍攝中偶然誤差而導(dǎo)致的深度圖數(shù)據(jù)殘缺和在收集深度圖數(shù)據(jù)時，常伴隨大量誤差配點(diǎn)問題需要進(jìn)一步改進(jìn)。

作者簡介：通訊作者：金惠蘭，女，（1969-)，講師，天津農(nóng)學(xué)院 基礎(chǔ)科學(xué)學(xué)院，碩士研究生，研究方向：拓?fù)淇臻g。

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